À propos de cette page
Ce cours de chimie en quatrième sur « Le tableau périodique des éléments » suit le programme officiel de chimie de quatrième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'atome : protons, neutrons et électrons, Le numéro atomique Z et le nombre de masse A, La structure électronique en couches, Présentation du tableau périodique de Mendeleïev. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de quatrième à réussir en chimie.
Au programme
1 · L'atome : protons, neutrons et électrons
2 · Le numéro atomique Z et le nombre de masse A
3 · La structure électronique en couches
4 · Présentation du tableau périodique de Mendeleïev
5 · Les périodes : lignes horizontales
6 · Les familles : colonnes verticales
7 · Les grandes familles d'éléments à connaître
8 · Lire et exploiter le tableau périodique
1L'atome : protons, neutrons et électrons
Un atome est constitué d'un noyau central chargé positivement, entouré d'un nuage électronique chargé négativement.
- Le noyau contient des protons (charge positive, noté p) et des neutrons (charge nulle, noté n).
- Les électrons (charge négative, noté e−) gravitent autour du noyau sur des couches électroniques.
Définition. Un atome est électriquement neutre : le nombre de protons est égal au nombre d'électrons. Nombre de protons = Nombre d'électrons.
Exemple. L'atome de carbone (C) possède 6 protons et 6 électrons. Son noyau contient aussi 6 neutrons.
Astuce. Pour retenir l'ordre : Proton au centre, Electron à l'extérieur — comme Père et Enfant !
2Le numéro atomique Z et le nombre de masse A
Chaque élément chimique est caractérisé par deux nombres fondamentaux :
| Symbole | Nom | Définition |
|---|
| Z | Numéro atomique | Nombre de protons dans le noyau (= nombre d'électrons pour un atome neutre) |
| A | Nombre de masse | Nombre total de nucléons (protons + neutrons) dans le noyau |
Règle. A = Z + N, où N est le nombre de neutrons. On en déduit : N = A − Z.
Un élément est noté : AZX, où X est le symbole de l'élément.
Exemple. L'oxygène est noté 168O : Z = 8 protons, A = 16, donc N = 16 − 8 = 8 neutrons.
Attention ! Le numéro atomique Z définit l'identité de l'élément : deux atomes avec le même Z sont du même élément, même s'ils ont des nombres de masse différents (isotopes).
3La structure électronique en couches
Les électrons se répartissent autour du noyau sur des couches électroniques (niveaux d'énergie), numérotées de 1 à partir du noyau.
| Couche | Capacité maximale en électrons |
|---|
| Couche 1 (K) | 2 électrons |
| Couche 2 (L) | 8 électrons |
| Couche 3 (M) | 8 électrons (en 4e — niveau collège) |
Règle de remplissage. On remplit les couches de l'intérieur vers l'extérieur. La couche 1 se remplit en premier, puis la couche 2, etc.
Exemple. Le sodium (Z = 11) : 2 électrons sur la couche 1, 8 sur la couche 2, 1 sur la couche 3. On note : (2, 8, 1).
Astuce. Le nombre d'électrons sur la couche externe est la clé des propriétés chimiques de l'élément !
4Présentation du tableau périodique de Mendeleïev
Le tableau périodique des éléments (ou tableau de Mendeleïev) classe tous les atomes connus selon leur numéro atomique Z croissant, de façon à regrouper ceux ayant des propriétés chimiques similaires dans la même colonne.
Il a été proposé en 1869 par le chimiste russe Dimitri Mendeleïev. À l'époque, il laissa des cases vides pour des éléments encore inconnus, dont il prédit l'existence et les propriétés.
Définition. Le tableau périodique classe les éléments par numéro atomique Z croissant. Les éléments d'une même colonne ont des propriétés chimiques semblables.
- Le tableau comporte actuellement 118 éléments confirmés.
- Chaque case indique : le symbole, le nom, le numéro atomique Z et la masse atomique.
Exemple de lecture. La case de l'hydrogène (H) indique Z = 1, masse ≈ 1 g/mol. La case du carbone (C) indique Z = 6, masse ≈ 12 g/mol.
5Les périodes : lignes horizontales
Une période est une ligne horizontale du tableau périodique. Tous les éléments d'une même période ont le même nombre de couches électroniques.
| Période | Nombre de couches | Éléments (exemples) |
|---|
| Période 1 | 1 couche | H, He |
| Période 2 | 2 couches | Li, Be, B, C, N, O, F, Ne |
| Période 3 | 3 couches | Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar |
Règle. Le numéro de la période = le nombre de couches électroniques occupées par les électrons de l'atome.
Exemple. Le phosphore P (Z = 15) a la structure (2, 8, 5) : 3 couches occupées → il est en période 3.
6Les familles : colonnes verticales
Une famille (ou groupe) est une colonne verticale du tableau périodique. Tous les éléments d'une même famille ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe, ce qui leur confère des propriétés chimiques similaires.
Règle. Même colonne = même nombre d'électrons sur la couche externe = mêmes propriétés chimiques.
| Électrons sur couche externe | Famille / groupe |
|---|
| 1 électron | Colonne 1 (métaux alcalins + H) |
| 7 électrons | Colonne 17 (halogènes) |
| 8 électrons (sauf période 1) | Colonne 18 (gaz nobles) |
Attention ! L'hélium (He) a seulement 2 électrons sur sa couche externe, mais appartient aux gaz nobles (colonne 18) car sa couche est pleine (couche 1 saturée à 2).
Astuce. Dans le tableau simplifié du programme de 4e, on retient surtout les colonnes 1, 17 et 18.
7Les grandes familles d'éléments à connaître
Au programme de 4e, trois grandes familles sont à connaître :
| Famille | Colonne | Électrons externes | Exemples | Propriétés |
|---|
| Métaux alcalins | 1 | 1 | Li, Na, K | Métaux très réactifs, réagissent vivement avec l'eau |
| Halogènes | 17 | 7 | F, Cl, Br, I | Non-métaux très réactifs, forment des sels avec les métaux |
| Gaz nobles | 18 | 8 (sauf He) | He, Ne, Ar | Gaz inertes, couche externe saturée, ne réagissent presque pas |
Règle de stabilité. Les gaz nobles ont leur couche externe saturée (règle du duet pour He, règle de l'octet pour les autres) : ils sont très stables et peu réactifs.
Exemple. Le chlore Cl (Z = 17, structure 2,8,7) est un halogène : il lui manque 1 électron pour ressembler à l'argon (gaz noble). Il a donc tendance à capter un électron pour former l'ion Cl−.
8Lire et exploiter le tableau périodique
À partir du tableau périodique, on peut déterminer pour n'importe quel élément :
- Son numéro atomique Z → nombre de protons (et d'électrons).
- Sa période → nombre de couches électroniques.
- Sa famille (colonne) → nombre d'électrons sur la couche externe.
- Sa structure électronique (répartition des électrons sur les couches).
Méthode.
1. Repérer Z dans le tableau.
2. Déterminer le numéro de la période (= nombre de couches).
3. Déterminer la colonne (= électrons de la couche externe).
4. Remplir les couches : couche 1 → 2 e− max, couche 2 → 8 e− max, couche 3 → compléter avec le reste.
Exemple complet : le soufre S (Z = 16).
Z = 16 → 16 protons, 16 électrons.
Période 3 → 3 couches.
Colonne 16 → 6 électrons sur la couche externe.
Structure : (2, 8, 6).
Vérification : 2 + 8 + 6 = 16 ✓
Attention ! Ne pas confondre le numéro atomique Z (entier, sans unité) et la masse atomique (en g/mol, souvent décimal).
★À retenir
À retenir :
• Un atome est neutre : nombre de protons Z = nombre d'électrons.
• Z = numéro atomique (identité de l'élément) ; A = nombre de masse ; N = A − Z neutrons.
• Les électrons se répartissent sur des couches : 2 max sur la couche 1, 8 max sur les couches 2 et 3.
• Période (ligne) = nombre de couches ; Famille (colonne) = nombre d'électrons externes.
• Gaz nobles (col. 18) : couche externe saturée → très stables.
• Halogènes (col. 17) : 7 électrons externes → très réactifs.
• Métaux alcalins (col. 1) : 1 électron externe → très réactifs avec l'eau.